Penerapan Kesetimbangan Kimia dalam Industri

Prinsip utama dalam industri adalah bagaimana caranya menghasilkan produk (hasil) seoptimal mungkin.Hal tersebut dapat di capai dengan memodifikasi reaksi kimia yang terjadi.

Dalam industri yang melibatan reaksi kesetimbangan kimia, produk reaksi yang di hasilkan ketika campuran reaksi kesetimbangan mencapai kesetimbangan tidak akan bertambah lagi. Akan tetapi, produk reaksi akan kembali di hasilkan, jika di lakukan perubahan konsentrasi (produk reaksinya di ambil atau pereaksi di tambah), perubahan suhu, atau perubahan tekanan dan volume. Berikut ini beberapa contohnya :

1.Proses Haber pada Industri amonia

Nitrogen sangat di perlukan untuk kelangsungan hidup makhluk hidup. Sebelum perang dunia 1, dunia kekurangan senyawa nitrogen. Setelah itu, sumber nitrogen dapat di produksi secara besar-besaran melalui sintesis amonia. Fritz haber merupakan ilmuwan yang paling berjasa dalam industry ammonia tersebut. Dia menerapkan azas Le Chatelier untuk merancang Industri ammonia yang di kenal dengan proses Haber. Ammonia di buat dengan cara mereaksikan nitrogen dan oksigen. Reaksi tersebut menerapkan prinsip kesetimbangan.

Pada proses haber, bahan bakunya berasal dari gas alam, air, dan udara. Gas hirogen di peroleh dari reaksi gas alam (mengandung metana) dengan uap air, sedangkan gas nitrogen di peroleh dari udara.

CH₄ + H₂O  CO + 3H₂

Gas CO yang terbentuk di reaksikan lagi dengan uap air sehingga menghasilkan gas H₂ dan gas CO₂.

CO + H₂O  CO₂ + H₂

Gas H₂ di gunakan untuk membuat ammonia, sedangkan gas Co₂ yang di hasilkan di gunakan untuk memproduksi urea CO(NH₂)₂. Reaksi nitrogen dan hydrogen di lakukan pada suhu 450^oC di bantu oleh katalis (besi oksida) dengan reaksi kesetimbangan sebagai berikut.

N₂ (g) + 3H₂ (g)  2NH₃   ΔH = -92 kJ

Agar hasil produksi optimal, reaksi harus bergeser ke kanan. Oleh karena itu, tekanan yang di gunakan dalam proses tersebut sangat tinggi sekitar 300-400 atm. Jika tekanan di perbesar, reaksi akan bergeser ke arah jumlah mol yang lebih kecil (NH₃ / amonia). Selain itu, suhu reaksi di turunkan sehingga reaksi bergeser ke kanan. Cara lainnya dengan mengambil produk yang terbentuk sehingga konsentrasi NH₃ berkurang. Pengurangan konsentrasi NH₃ akan menggeser kesetimbangan ke arah kanan. Selin itu, untuk menghasilkan produk yang lebih optimal, pada proses pembuatan ammonia di tambahkan katalis. Katalis tersebut berfungsi untuk mempercepat terjadinya reaksi atau memepercepat laju reaksi. Katalis yang biasa di gunakan adalah Fe dengan campuran Al₂O₃ dan KOH.

2. Proses Kontak pada Pembuatan Asam Sulfat

Asam sulfat merupakan salah satu bahan kimia yang banyak di gunakan baik di labolatorium maupun Industri. Penggunaan utama asam sulfat di industry adalah sebagai bahan baku pembuatan pupuk, di antaranya pupuk superfosfat dan ammonium sulfat. Asam sulfat juga di gunakan sebagai bahan baku dalam pembuatan asam klorida, asam nitrat, garam sulfat, detergen, zat pewarna, bom, dan obat-obatan.

Bahan baku utama pembuatan asam sulfat adalah belarang trioksida (SO₃).  SO₃ sendiri di hasilkan dari reaksi antara belerang dioksida dan oksigen. Metode pembuatan asam sulfat dengan cara ini di namakan proses kontak yang terdiri atas 3 tahap, yaitu pembuatan SO₂, pembuatan SO₃, dan pembuatan H­₂SO₄ (asam sulfat). Untuk mempercepat reaksi, di gunakan katalisator vanadium pentaoksida (V­₂O₅).

Tahap 1 : Oksidasi S

S (s) + O₂ (g)  SO₂ (g)  ΔH = -297 kJ

Tahap 2 : oksidasi SO₂

2SO₂ (g) + O₂ (g)  2SO₃ (g) ΔH = -190 kJ

Untuk memperoleh keuntungan optimal, SO₃ yang di hasilkan harus optimal juga sehingga perlu di cari kondisi yang optimum agar reaksi berlangsung ke kanan. Bagaimana caranya ? setelah mencapai kesetimbangan, tekanan di perbesar dan suhu reaksi di turunkan.

Tahap 3 : pembentukan H₂SO₄

Pada tahap terakhir ini, belerang trioksida di reaksikan dengan asam sulfat pekat menghasilkan asam pirosulfat.

SO₃ (g) + H₂SO­₄ (aq)  H₂S₂O₇ (l)

Asam sulfat di peroleh kembali dengan cara mereaksikan asam pirosulfat dengan air. Kadar asam sulfat yang di hasilkan sekitar 98%.

H₂S₂O₇ (l) + H₂O (l)  2H₂SO₄ (aq)

3.Proses Ostwald pada Industri asam nitrat

Asam nitrat di gunakan dalam pembuatan pupuk amonium nitrat, bahan peledak seperti nitrogliserin dan trinitrotoluene (TNT), Industri zat warna, dan metalurgi. Asam Nitrat dapat di buat dengan cara mereaksikan NO₂ dan air. Metode yang biasa di gunakan adalah proses Ostwald yang terdiri atas tiga tahap reaksi. Tahap-tahap reaksi ersebut merupakan reaksi kesetimbangan.

Tahap 1: oksidasi ammonia

Biasanya, proses pembuatan asam nitrat satu paket dengan pembuatan ammonia karena sebagian ammonia yang di hasilkan di oksidasi untuk menghasilkan gas nitrogen monoksida. Pada reaski ini, suhu reaksi sekitar 900^oC dan di gunakan katalis platina dan rhenium.

4NH₃ (g) + 5O₂ (g)  4NO (g) + 6H₂O (l) ΔH = -907 kJ

Untuk menghasilkan hasil optimum, suhu reaksi di turunkan dan tekanan di perbesar.

Tahap 2: oksidasi gas NO

Gas NO yang terbentuk selanjutnya di campukan dengan udara agar dapat bereaksi dengan oksigen.

2NO (g) + O₂ (g)  2NO₂ (g) ΔH = -114 kJ

Untuk menghasilkan gas NO optimum, duhu reaksi di tutunkan dan tekanan di perbesar.

Tahap 3: pembentukan HNO₃

Pada tahap akhir ini, gas NO₂ di reaksikan dengan air menghasilkan asam nitrat dan gas NO.

3NO₂ (g) + H₂O (l)  2HNO₃ (aq) + NO (g)